{"id":16362,"date":"2022-03-24T10:01:30","date_gmt":"2022-03-24T10:01:30","guid":{"rendered":"https:\/\/circutor.com\/?p=16362"},"modified":"2022-06-15T10:10:45","modified_gmt":"2022-06-15T08:10:45","slug":"harmonicos-eletricos-definicao-problematica-solucoes","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/circutor.com\/pt-pt\/artigos\/harmonicos-eletricos-definicao-problematica-solucoes\/","title":{"rendered":"Harm\u00f3nicos el\u00e9tricos: defini\u00e7\u00e3o – problem\u00e1tica – solu\u00e7\u00f5es"},"content":{"rendered":"

[vc_row][vc_column][vc_column_text]Sem d\u00favida alguma, os harm\u00f3nicos el\u00e9tricos, de tens\u00e3o ou intensidade de corrente, converteram-se atualmente num par\u00e2metro cuja gest\u00e3o e controlo se tornam imprescind\u00edveis. Especialmente para prevenir o poss\u00edvel surgimento de problemas que, como veremos posteriormente, est\u00e3o associados \u00e0 sua presen\u00e7a na nossa rede el\u00e9trica.<\/p>\n

Gerir e controlar os harm\u00f3nicos el\u00e9tricos \u00e9 fundamental para evitar que surjam diferentes problemas na rede el\u00e9trica.<\/strong><\/p>\n

[vc_empty_space height=”20px”][\/vc_column_text][vc_single_image image=”15617″ img_size=”full” alignment=”center”][vc_column_text][vc_empty_space height=”30px”]<\/p>\n

O que \u00e9 um harm\u00f3nico?<\/strong><\/span><\/p>\n

Definimos em primeiro lugar o termo \u201charm\u00f3nico\u201d. <\/strong><\/p>\n

Para tal, viaj\u00e1mos no princ\u00edpio do s\u00e9culo XIX, quando o matem\u00e1tico Jean Baptiste Fourier determinou que qualquer forma de onda peri\u00f3dica pode decompor-se numa soma de senoidais simples, de diferentes frequ\u00eancias e amplitudes que de denominam harm\u00f3nicos.<\/p>\n

Mas vejamos um exemplo que com certeza nos permite compreender melhor o conceito:<\/p>\n

Suponhamos que a onde que aparece na Fig. 1<\/em> corresponde a \u201cum ciclo\u201d da intensidade de corrente numa rede de 50 Hz. Ou seja, que se repete 50 vezes num segundo e tem uma dura\u00e7\u00e3o de 20 milissegundos. Se se tratasse de uma rede de 60 Hz, a sua dura\u00e7\u00e3o seria de 16,6 ms. Esta onda ser\u00e1 denominada \u201cfundamental\u201d<\/em>.<\/p>\n

E coloquemos sobre ela outra onda, de menor amplitude, mas de 250 Hz. Ou seja, de uma frequ\u00eancia 5 vezes superior. Esta onda, a da Fig. 2<\/em> corresponderia ao harm\u00f3nico 5\u00ba e a onda resultante seria a da Fig. 3<\/em>.<\/p>\n

E, para finalizar, coloquemos sobre estas duas outra de 350 Hz, com uma frequ\u00eancia 7 vezes maior do que a fundamental, o harm\u00f3nico 7\u00ba, que corresponde \u00e0 Fig. 4<\/em>. A onda resultante final seria a que vemos na Fig. 5<\/em> que, de forma informal, conhecemos como a \u201cM e McDonalds\u201d.<\/p>\n

Esta onda \u00e9 a que medir\u00edamos de forma habitual, por exemplo, \u00e0 entrada da maioria dos variadores de velocidade trif\u00e1sicos que s\u00e3o cargas que se converterem em indispens\u00e1veis nas instala\u00e7\u00f5es industriais.<\/strong><\/p>\n

[vc_empty_space height=”10px”][\/vc_column_text][vc_row el_id=\"bloque_seis\" el_class=\"bloque_subsector_padding_0\"][vc_column][vc_column_text el_class=\"animacion_left\"]FORMAS DE ONDA[\/vc_column_text][vc_row_inner]\n [vc_column_inner width=\"1\/2\"]

<\/p><\/div>

Fig. 1<\/p><\/div>[\/vc_column_inner]\n \n [vc_column_inner width=\"1\/2\"]

<\/p><\/div>

Fig. 2<\/p><\/div>[\/vc_column_inner]\n [\/vc_row_inner][vc_row_inner]\n [vc_column_inner width=\"1\/2\"]

<\/p><\/div>

Fig. 3<\/p><\/div>[\/vc_column_inner]\n \n [vc_column_inner width=\"1\/2\"]

<\/p><\/div>

Fig. 4<\/p><\/div>[\/vc_column_inner]\n [\/vc_row_inner][vc_row_inner]\n [vc_column_inner width=\"1\/2\"]

<\/p><\/div>

Fig. 5<\/p><\/div>[\/vc_column_inner]\n [\/vc_row_inner][\/vc_column][\/vc_row][vc_column_text][vc_empty_space height=”10px”]<\/p>\n

Definitivamente, a onda de corrente gerada por um variador de velocidade por ser simplificada, por conseguinte, e de forma muito aproximada, fundamentalmente, de 50 ou 60 Hz e basicamente os harm\u00f3nicos 5\u00ba e 7\u00ba.<\/strong><\/p>\n

Portanto, dividiremos as cargas el\u00e9tricas entre as que consomem uma corrente puramente fundamental, que denominaremos cargas lineares<\/strong> como, por exemplo, os motores de indu\u00e7\u00e3o, ou cargas puramente resistivas; e as que consomem uma fundamental mais outras correntes harm\u00f3nicas, que conheceremos como cargas n\u00e3o lineares ou distorcivas.<\/strong> Entre elas, os variadores de velocidade ou frequ\u00eancia, os equipamentos eletr\u00f3nicos monof\u00e1sicos ou as lumin\u00e1rias tipo LED. Em resumo, todas as cargas nas quais alguma etapa do seu funcionamento implica uma convers\u00e3o de corrente alternada para corrente cont\u00ednua.<\/p>\n

[vc_empty_space height=”20px”][\/vc_column_text][vc_single_image image=”15884″ img_size=”large” alignment=”center”][vc_column_text]<\/p>\n

Para analisar os conte\u00fados harm\u00f3nicos da rede el\u00e9trica, utilizaremos a decomposi\u00e7\u00e3o em frequ\u00eancia ou o que se conhece como o seu espetro. Ou seja, a amplitude ou valor, de cada ordem harm\u00f3nica. Fig.6<\/em><\/span><\/p>\n

[vc_empty_space height=”5px”][\/vc_column_text][vc_column_text][vc_empty_space height=”10px”]<\/p>\n

Assim, para redes com predomin\u00e2ncia de cargas trif\u00e1sicas, habitualmente as mais importantes seriam 5, 7, 11 e 13, nesta ordem decrescente de magnitude. E, no caso de redes de 4 fios, com uma importante presen\u00e7a de cargas monof\u00e1sicas alimentadas entre fase e neutro, tamb\u00e9m estariam presentes, al\u00e9m dos anteriores, os harm\u00f3nicos 3\u00ba 9\u00ba e 15\u00ba, sendo que neste caso, geralmente, o 3\u00ba \u00e9 o mais significativo.<\/p>\n

E as magnitudes que habitualmente utilizaremos para avaliar os n\u00edveis de harm\u00f3nicos na rede s\u00e3o as denominadas Taxas de Distor\u00e7\u00e3o Harm\u00f3nica, total harmonic distortion<\/em> em ingl\u00eas, THD(U) para a tens\u00e3o, e THD(I) para a corrente, que representam a percentagem da tens\u00e3o ou corrente harm\u00f3nica, que se calcula a partir do valor RMS, ou soma quadrada dos valores de cada frequ\u00eancia, relativamente ao valor da fundamental. Estas taxas permitir-nos-\u00e3o, como veremos, determinar a gravidade da distor\u00e7\u00e3o harm\u00f3nica na nossa rede e a necessidade, ou n\u00e3o, de aplicar medidas corretivas.<\/p>\n

[vc_empty_space height=”20px”][\/vc_column_text][vc_single_image image=”15892″ img_size=”large” alignment=”center”][vc_column_text][vc_empty_space height=”10px”]<\/p>\n

Um aspeto importante que \u00e9 necess\u00e1rio considerar \u00e9 que, como determin\u00e1mos, s\u00e3o as cargas n\u00e3o lineares ou distorcivas as que geram harm\u00f3nicos de corrente e o facto de circularem pelos cabos de distribui\u00e7\u00e3o, ditas correntes harm\u00f3nicas provocam quedas de tens\u00e3o nas diferentes frequ\u00eancias harm\u00f3nicas. Isto pressup\u00f5e o surgimento de tens\u00f5es harm\u00f3nicas, ou seja, que distorcem a tens\u00e3o, aumentando, assim, o valor do THD (U). Portanto, as taxas de THD (I) e THD (U) ser\u00e3o sempre valores que se dever\u00e3o realizar de forma conjunta, quando surja a necessidade de solucionar algum tipo de problem\u00e1tica associada aos harm\u00f3nicos el\u00e9tricos na nossa rede.<\/p>\n

Outra importante particularidade dos harm\u00f3nicos el\u00e9tricos \u00e9 o facto de apresentarem diferentes sequ\u00eancias de fase. Podem ser diretas, inversas ou homopolares, tamb\u00e9m conhecidas como de sequ\u00eancia zero.<\/p>\n

[vc_empty_space height=”20px”][\/vc_column_text][vc_row el_id=\"bloque_seis\" el_class=\"bloque_subsector_padding_0\"][vc_column][vc_column_text el_class=\"animacion_left\"]Fig. 7[\/vc_column_text][vc_row_inner]\n [vc_column_inner width=\"1\/3\"]

<\/p><\/div>

Sequ\u00eancia directa (positiva)<\/p><\/div>[\/vc_column_inner]\n \n [vc_column_inner width=\"1\/3\"]

<\/p><\/div>

Sequ\u00eancia inversa (negativa)<\/p><\/div>[\/vc_column_inner]\n \n [vc_column_inner width=\"1\/3\"]

<\/p><\/div>

Sequ\u00eancia zero<\/p><\/div>[\/vc_column_inner]\n [\/vc_row_inner][\/vc_column][\/vc_row][vc_column_text][vc_empty_space height=”30px”]<\/p>\n

A origem dos problemas nas redes el\u00e9tricas<\/strong><\/span><\/p>\n

Para efeitos pr\u00e1ticos, s\u00e3o estas \u00faltimas, que correspondem aos harm\u00f3nicos triplos, as que implicam uma maior problem\u00e1tica nas redes el\u00e9tricas pelo facto de que estando em fase, somam-se entre elas. Assim, em redes de 4 fios, 3 fases e neutro, com um n\u00famero significativamente alto de cargas monof\u00e1sicas eletr\u00f3nicas (computadores e recetores similares), ao n\u00e3o se anular entre eles, somam-se no condutor de neutro).<\/p>\n

Por conseguinte, se pressupusermos uma rede com 50 A de corrente harm\u00f3nica de ordem 3 por cada fase, no condutor de neutro teremos diretamente 150 A de corrente de harm\u00f3nico 3.<\/p>\n

Isto acarreta um risco de sobrecarga em dito condutor de neutro, tanto a n\u00edvel de disparo de prote\u00e7\u00f5es t\u00e9rmicas, como de seccionamento do neutro. Isto provocaria a situa\u00e7\u00e3o mais adversa, devido ao importante desequil\u00edbrio das tens\u00f5es de alimenta\u00e7\u00e3o das cargas que ocasionaria, que poderia derivar em graves avarias dos equipamentos conectados nesse momento por sobretens\u00e3o.<\/p>\n

Os problemas tamb\u00e9m surgem de forma habitual a n\u00edvel dos transformadores de pot\u00eancia que alimentam a instala\u00e7\u00e3o. Se estes tiverem de fornecer, al\u00e9m da corrente fundamental associada \u00e0 pot\u00eancia ativa, correntes harm\u00f3nicas n\u00e3o produtivas (ou seja, que n\u00e3o s\u00e3o \u00fateis), as suas perdas podem ser t\u00e3o elevadas que fazem com que a qualidade da tens\u00e3o que se fornece seja pobre, com elevados n\u00edveis de THD(U). Este facto afetaria o funcionamento das cargas alimentadas. No caso mais extremo, inclusivamente ocorreria um excesso de temperatura no transformador que pode derivar na sua destrui\u00e7\u00e3o.<\/p>\n

Outro aspeto essencial \u00e9 a afeta\u00e7\u00e3o que a presen\u00e7a de harm\u00f3nicos el\u00e9tricos pode provocar nas prote\u00e7\u00f5es diferenciais contra correntes de fuga. \u00c9 imprescind\u00edvel utilizar rel\u00e9s diferenciais adequados para garantir a prote\u00e7\u00e3o correta destas redes. Neste sentido, a utiliza\u00e7\u00e3o de diferenciais tipo B para todos os recetores que incorporem uma convers\u00e3o CA\/CC no seu funcionamento (como, por exemplo, os variadores de velocidade, SAI, retificadores ou carregadores de ve\u00edculos el\u00e9tricos) torna-se n\u00e3o apenas essencial, mas obrigat\u00f3rio.<\/p>\n

Quanto \u00e0 exist\u00eancia de altos n\u00edveis de distor\u00e7\u00e3o harm\u00f3nica em tens\u00e3o na rede, podemos relacion\u00e1-los com problemas que aparecem em equipamentos eletr\u00f3nicos \u201csens\u00edveis\u201d. Neste caso, a m\u00e1 qualidade da tens\u00e3o de fornecimento pode causar a sua avaria relativamente a \u201cresets\u201d, interfer\u00eancias, erros de c\u00e1lculo, etc.<\/p>\n

Finalmente, sem d\u00favida que o problema mais conhecido \u00e9 a problem\u00e1tica entre a instala\u00e7\u00e3o de uma bateria de condensadores para compensar energia reativa indutiva e a exist\u00eancia de harm\u00f3nicos el\u00e9tricos na rede.<\/p>\n

 <\/p>\n

A explica\u00e7\u00e3o do caso<\/strong><\/span><\/p>\n

Consideremos primeiro como \u00e9 a curva de imped\u00e2ncia de um condensador que podemos denominar \u201cresist\u00eancia\u201d. Como podemos ver na Fig. 8<\/em>, a maior frequ\u00eancia, menor imped\u00e2ncia. E j\u00e1 sabemos que os harm\u00f3nicos t\u00eam uma frequ\u00eancia superior \u00e0 da fundamental da rede. Portanto, o condensador apresenta menor resist\u00eancia a ditas frequ\u00eancias harm\u00f3nicas. Converte-se, em consequ\u00eancia, num \u201ccaminho de baixa imped\u00e2ncia\u201d para ditas correntes. Por outras palavras, tende a absorv\u00ea-las, de forma que em redes com presen\u00e7a de harm\u00f3nicos, os condensadores est\u00e3o sempre sobrecarregados num certo n\u00edvel. E isso provoca a sua deteriora\u00e7\u00e3o a curto prazo.<\/p>\n

[vc_empty_space height=”10px”][\/vc_column_text][vc_row el_id=\"bloque_seis\" el_class=\"bloque_subsector_padding_0\"][vc_column][vc_column_text el_class=\"animacion_left\"][\/vc_column_text][vc_row_inner]\n [vc_column_inner width=\"1\/2\"]

<\/p><\/div>

Fig. 8<\/p><\/div>[\/vc_column_inner]\n \n [vc_column_inner width=\"1\/2\"]

<\/p><\/div>

Fig. 9<\/p><\/div>[\/vc_column_inner]\n [\/vc_row_inner][\/vc_column][\/vc_row][vc_column_text][vc_empty_space height=”10px”]<\/p>\n

N\u00e3o obstante, n\u00e3o \u00e9 esta sobrecarga o maior problema que se pode gerar. \u00c9 a possibilidade de ocorrer um fen\u00f3meno de resson\u00e2ncia, que implica a amplifica\u00e7\u00e3o das correntes harm\u00f3nicas previamente existentes na rede antes da conex\u00e3o da bateria de condensadores.<\/p>\n

Temos de considerar ent\u00e3o o par\u00e2metro conhecido como a frequ\u00eancia de resson\u00e2ncia do sistema (Fig. 9), que relaciona a pot\u00eancia de curto-circuito no ponto de liga\u00e7\u00e3o da bateria de condensadores \u00e0 rede com a pot\u00eancia em kvarC da pr\u00f3pria bateria. Este valor indica a ordem do harm\u00f3nico, ou seja, ordem 5, 7, 11… que se poderia amplificar ao conectar-se os condensadores \u00e0 rede, ocasionando a sua amplifica\u00e7\u00e3o.<\/p>\n

[vc_empty_space height=”5px”][\/vc_column_text][vc_single_image image=”15922″ img_size=”full” alignment=”center” title=”Fig. 10″][vc_column_text][vc_empty_space height=”4px”]<\/p>\n

No exemplo da Fig. 10, aparece uma clara resson\u00e2ncia no harm\u00f3nico 5\u00ba. S\u00f3 temos de contar os 5 \u201cpicos\u201d que aparecem num ciclo.<\/em><\/span><\/p>\n

[vc_empty_space height=”10px”]<\/p>\n

O procedimento que \u00e9 necess\u00e1rio implementar para evitar este fen\u00f3menos de resson\u00e2ncia baseia-se m instalar baterias de condensadores com filtros de rejei\u00e7\u00e3o ou dessintonizadas. Estas baterias incorporam uma s\u00e9rie de cada condensador ou grupo de condensadores de cada escal\u00e3o ou react\u00e2ncia, que na Fig. 11<\/em> pode identificar-se com uma cor amarela. Desta forma, sintoniza-se dito grupo de react\u00e2ncia-condensador a uma frequ\u00eancia abaixo do primeiro harm\u00f3nico relevante na rede.<\/p>\n

[vc_empty_space height=”5px”][\/vc_column_text][vc_single_image image=”15931″ img_size=”large” alignment=”center” title=”Fig. 11″][vc_column_text][vc_empty_space height=”4px”]<\/p>\n

Fig. 11, Baterias de condensadores com filtros de rejei\u00e7\u00e3o ou dessintonizadas<\/em><\/span><\/p>\n

[vc_empty_space height=”10px”]<\/p>\n

Como coment\u00e1mos, o primeiro harm\u00f3nico relevante na rede \u00e9, na grande maioria dos casos, o terceiro ou o quinto. E as habituais frequ\u00eancias de resson\u00e2ncia s\u00e3o as que se especificam na Fig. 12 (indicam-se os valores a 50 Hz \/ 60 Hz)<\/p>\n

[vc_empty_space height=”5px”]<\/p>\n

Fig.12<\/strong><\/span><\/p>\n\n\n\n\n\n\n\n
\u00a0 P%<\/strong><\/td>\n Frequ\u00eancia<\/strong><\/td>\n Harmonic Rejeitado<\/strong><\/td>\n<\/tr>\n
\u00a0 7%<\/td>\n\u00a0 189 \/ 277 Hz<\/td>\n\u00a0 h>5\u00ba, f>250 \/ 300 Hz<\/td>\n<\/tr>\n
\u00a0 14%<\/td>\n\u00a0 134 \/ 160 Hz<\/td>\n\u00a0 h>3\u00ba, f>150 \/ 180 Hz<\/td>\n<\/tr>\n
\u00a0 8,7%<\/td>\n\u00a0 170 \/ 203 Hz<\/td>\n\u00a0 h>5\u00ba, f>250 \/ 300 Hz*<\/strong><\/td>\n<\/tr>\n
*<\/strong> Filtro refor\u00e7ado: THD(U) > 5%\u00a0 \u00a0\u00a0<\/em><\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

[vc_empty_space height=”10px”][\/vc_column_text][vc_column_text][vc_empty_space height=”10px”]<\/p>\n

Os sistemas que garantem 100% da compensa\u00e7\u00e3o de energia reativa de forma totalmente imune \u00e0 presen\u00e7a de harm\u00f3nicos na rede s\u00e3o os geradores est\u00e1ticos de reativa, concretamente, a gama SVGm da CIRCUTOR (Fig. 13). Estes geradores de reativa, com capacidade de compensa\u00e7\u00e3o tanto de pot\u00eancia indutiva como capacitiva, baseiam-se em eletr\u00f3nica de pot\u00eancia e constituem a solu\u00e7\u00e3o tecnologicamente mais avan\u00e7ada na corre\u00e7\u00e3o do cosseno de phi.<\/p>\n

[vc_empty_space height=”5px”][\/vc_column_text][vc_single_image image=”15941″ img_size=”large” alignment=”center” title=”Fig. 13″][vc_column_text][vc_empty_space height=”10px”]<\/p>\n

Existem op\u00e7\u00f5es de filtra\u00e7\u00e3o passiva de correntes harm\u00f3nicas, entre as quais as mais simples s\u00e3o as react\u00e2ncias de linha ou choque (Fig. 14). Instalam-se \u00e0 entrada de variadores de velocidade ou cargas similares, que podem proporcionar um determinado grau de redu\u00e7\u00e3o dos n\u00edveis de THD(I). Habitualmente, desde valores iniciais de cerca de 40%, at\u00e9 valores finais de 25%.<\/p>\n

[vc_empty_space height=”5px”][\/vc_column_text][vc_single_image image=”15949″ img_size=”large” alignment=”center” title=”Fig. 14″][vc_column_text][vc_empty_space height=”10px”]<\/p>\n

Em todo o caso, o mais eficiente para conseguir diminuir os n\u00edveis de correntes harm\u00f3nicas e, por conseguinte, tamb\u00e9m de tens\u00f5es harm\u00f3nicas na nossa rede el\u00e9trica \u00e9 a utiliza\u00e7\u00e3o de filtros ativos de harm\u00f3nicos. Ou seja, a gama AFQm da CIRCUTOR.<\/p>\n

Um filtro ativos AFQm \u00e9, de facto, um gerador de correntes harm\u00f3nicas que, a partir da utiliza\u00e7\u00e3o da mais avan\u00e7ada eletr\u00f3nica de pot\u00eancia e os mais inovadores sistemas de controlo, \u00e9 capaz de injetar correntes harm\u00f3nicas em contra fase com as existentes na rede conseguindo, assim, anul\u00e1-las.<\/p>\n

[vc_empty_space height=”5px”][\/vc_column_text][vc_single_image image=”16412″ img_size=”large” alignment=”center” title=”Fig. 15″][vc_column_text][vc_empty_space height=”10px”]<\/p>\n

Entre as suas v\u00e1rias vantagens relativamente aos sistemas de filtra\u00e7\u00e3o passiva podemos destacar a sua precis\u00e3o. \u00c9 capaz de injetar a corrente harm\u00f3nica exata para compensar a existente na rede em cada harm\u00f3nico, sem depender da variabilidade da carga.<\/p>\n

Destaca-se igualmente a sua versatilidade, dado que n\u00e3o s\u00f3 oferece a capacidade de filtra\u00e7\u00e3o de correntes harm\u00f3nicas, mas tamb\u00e9m de compensa\u00e7\u00e3o de reativa.<\/p>\n

A gama de filtros ativos AFQm compreende um intervalo de capacidades de inje\u00e7\u00e3o de corrente que abarca a totalidade de cen\u00e1rios a n\u00edvel de qualquer instala\u00e7\u00e3o el\u00e9trica, tanto a n\u00edvel industrial, como de servi\u00e7os, gra\u00e7as \u00e0 sua modularidade. Al\u00e9m disso, inclui tens\u00f5es de funcionamento desde 208 VCA at\u00e9 690 VCA.<\/p>\n

[vc_empty_space height=”5px”][\/vc_column_text][vc_single_image image=”15964″ img_size=”large” alignment=”center” title=”Filtros ativos AFQm”][vc_column_text][vc_empty_space height=”10px”]<\/p>\n

2 Solu\u00e7\u00f5es: Tipo de parede e tipo de Rack<\/strong><\/span><\/p>\n

Para redes de 50\/60 Hz \u00b15<\/strong><\/p>\n